- Kelimpahan Unsur di Alam
Pemanfaatan unsur dan senyawa dapat menimbulkan dampak negatif terhadap kelangsungan hidup manusia dan alam sekitarnya.
- Struktur dan Komposisi Bumi
Bumi di bagi menjadi lima bagian, yaitu :
· Atmosfir (bagian paling luar) yang tersusun dari campuran berbagai gas.
Atmosfir merupakan lapisan yang berwujud gas dengan ketebalan 1.100 km dan lebih dari separoh gas penyusun atmosfir terkomsentrasi pada ketebalan 5,6 km. komposisi gas dari atmosfir semakin tipis bila semakin jauh dari permukaan bumi. Komposisi atmosfir pada lapisan yang dekat dengan permukaan bumi menunjukan bahwa gas nitrogen merupakan komponen yang terbanyak, di susul oleh gas oksigen dan gas-gas yang lain. Gas oksigen dan nitrogen merupakan dua gas yang banyak di manfaatkan dalam industri, terutama industri pupuk.
· Hidosfir dengan komponen utamanya adalah air.
Hidrosfir merupakan lapisan zat cair (air) termasuk larutan yang menutupi 70,8% permukaan bumi. Hidrosfir selain mengandung air juga terlarut berbagai senyawa dan ion yang merupakan sumber bahan kimia untuk industri, misalnya ion natrium dan klorin sebagai larutan NaCl, bromida, iodida, ion magnesium, dan kalsium.
· Litosfir merupakan lapisan yang di sebut juga sebagai kerak bumi dengan ketebalan sekitar 100 km. Kerak bumi tersusun dari berbagai senyawa yang di kenal sebagai mineral dan bijih. Mineral merupakan senyawaan dari suatu unsur, sedangkan bijih merupakan mineral yang keya dengan senyawa tertentu sehingga secara ekonomis dapat di ambil zatnya (sebagai senyawa atau unsur).
Kerak bumi mengandung senyawa oksida. Selain senyawa oksida, kerak bumi juga tersusun dari senyawa karbonat dan senyawa sulfide serta sulfat, tetapi dengan kadar yang sangat kecil. Bila di hitung secara kelimpahan total masing-masing unsur, maka oksigen (49,5%) merupakan unsur terbesar penyusun kerak bumi, silicon (25,7%), aluminium (7,4%), besi (4,7%), kalsium (3,4%), natrium (2,6%), kalium (2,4%), magnesium (1,9%), dan titanium, hydrogen dan fosforus mempunyai persentasi kurang dari 1%. Hampis semua unsur yang ada dalam kerak bumi berada dalam bentuk senyawa. Kerak bumi merupakan sumber utama dari berbagai zat yang di butuhkan manusia.
Bagian inti bumi di duga berisi besi cair dan sedikit nikel dan unsur lain, kerapatan inti bumi sangat tinggi (± 13 g cm-3). Dari penelitian seismograf diperkirakan bahwa jari-jari inti bumi mencapai 1275 km, sedangkan suhunya mencapai 6650°C.
- Mineral dan Bijih Tambang di Indonesia
Indonesia mempunyai deposit bijih unsur-unsur tertentu tang tersebar di berbagai daerah. Bijih logam terutama aluminium dan timah, serta beberapa bijih logam transisi (tembaga, emas, mangan, dan perak) tersebar dari Sumatra, Jawa, Kalimantan, Sulawesi sampai Irian (Papua).
Unsur-unsur di alam banyak di manfaatkan untuk memproduksi bahan yang berguna bagi kehidupan manusia. Nitrogen dan oksigen di ambil dengan mencairkan udara kering. Nitrogen di manfaatkan untuk membuat ammonia yang selanjutnya di gunakan sebagai bahan baku dalam pembutana pupuk dan bahan peledak. Gas oksigen di gunakan untuk berbagai keperluan, misalnya dalam proses pengelasan dan pengoksidasi. Baja merupakan salah satu jenis logam paduan dengan unsur utama logam besi. Paduan logam besi, kromium, dan nikel di kenal sebagai baja stainless steel. Baja mangan merupakan paduan logam besi dengan mangan di manfaatkan untuk rel kereta api.
Oleh karena banyaknya unsur yang ada di alam, maka untuk memahami sifat-sifatnya di perlukan cara yang sistematis, oleh karena itu di susunlah system periodik unsur. Pola keteraturan sifat unsure pada system periodic unsur memberikan andil yang besar dalam memprediksi keberadaan dan bagaimana cara memisahkan unsur tersebut serta pemanfaatannya.
- Sifat-sifat keperiodikan Unsur
Sistem periodik unsur di susun dengan memperhatikan sifat fisis dan sifat kimia. Dengan adanya system periodik unsur, sifat-sifat unsur serta pola keteraturannya dapat di prediksi berdasarkan lataknya dalam system periodik unsur. Unsur-unsur di dalam system periodik dapat di kelompokkan dalam blok-blok berdasarkan konfigurasi elektronnya, yaitu unsur-unsur blok s, blok p, blok d, blok f.
- Sifat fisis
a) Volum dan jari-jari atom
Lothar Meyer pertama kali menemukan sifat keperiodikan volum atom yang di peroleh dari angka banding antara massa atom relative (massa molar) dengan kerapatan atom.
Volum atom = massa molar (g mol-1)
Kerapatan (g cm-3)
Volum atom bergantung pada tiga factor, yaitu jumlah kulit, tarikan inti terhadap kulit electron, dan gaya tolak antarelektron pada kulit terluar. Semakin banyak kulit terluar berada berarti semakin bersar volum atomnya. Semakin banyak inti atom yang menarik berarti semakin kuat gaya tarik inti terhadap kulit electron dan mengakibatkan volum atom semakin kecil. Semakin banyak electron yang menempati suatu subkulit semakin besar gaya tolak menolak antarelektron dalam orbital tersebut dan akan berakibat semakin besarnya volum atom. Volum atom berubah secara teratur dan berulang secara periodic..
Ukuran atom selain dapat di ketahui dari volum atom juga dapat di ketahui dari jari-jari atom. Jari-jari atom adalah jarak dari inti sampai ke electron yang terdapat paling luar. Kesulitan menentukan jari-jari atom disebabkan pada umumnya atom-atom tidak ada yang berdiri sendiri, tetapi berkaitan satu sama lain. Jari-jari atom akan mempunyai harga yang lebih kecil daripada ukuran ion negatifnya, dan akan lebih besar daripada jari-jari ion positfnya.
b) Titik didih dan titik lebur
Meleleh merupakan peristiwa merenggangnya jarak antaratom dari suatu unsure. Oleh karena itu, titik leleh bergantung pada kekuatan relative ikatan antaratom. Kekuatan ikatan pada unsur-unsur logam dipengaruhi oleh electron valensi logam bersangkutan. Semakin banyak electron valensi logam, kekuatan ikatan logam bertambah, sehingga pada unsur-unsur logam semakin ke kanan dalam satu periode semakin tinggi titik lelehnya.
Unsur-unsur nonlogam yang terikat melalui ikatan kovalen yang kuat dengan membentuk struktur molekul raksasa, misalnya karbon dan silicon, mempunyai titik leleh yang sangat tinggi; sedangkan molekul-molekul nonlogam yang terikat melalui ikatan kovalen dengan membentuk molekul sederhana, titik lelehnya di pengaruhi oleh gaya ikatan antarmolekul, yaitu gaya Van der Waals. Semakin besar ukuran molekulnya semakin kuat gaya Van der Waals yang bekerja dan mengakibatkan titik lelehnya semakin tinggi.
Keperiodikan titik leleh dan titik didih mempunyai pola yang teratur. Dalam satu periode dari golongan IA sampai golongan IVA cenderung naik dan turun secara tajam pada golongan VA, kemudian turun secara teratur sampai golongan gas mulia (golongan VIIIA). Keperiodikan titik didih mempunyai pola yang sama dengan pola perubahan titik lebur.
c) Energi ionisasi
Energi ionisasi (EI) atau potensial ionisasi adalah besarnya energi yang di perlukan oleh suatu atom dalam wujud gas untuk melepaskan electron yang terikat paling lemah. Energi ionisasi pertama (EI1) merupakan besarnya energi yang diperlukan untuk melepaskan electron yang pertama, dan energi ionisasi kedua (EI2) merupakan energi yang diperlukan untuk melepaskan electron yang kedua atau dari suatu kation yang bermuatan +1.
Mg(g) ® Mg+(g) + e- EI1 = 738 kJ mol-1
Mg(g) ® Mg2+(g) EI2 = 1451 kJ mol-1
Besarnya energi ionisasi dipengaruhi oleh ukuran atom (jari-jari atom), muatan inti, dan efek pelindung kulit electron dan kedudukan electron dalam orbital electron. Semakin besar jari-jari atom semakin lemah gaya tarik inti terhadap electron, akibatnya electron semakin mudah dilepas. Hal itu berarti untuk melepaskan electron hanya di perlukan sedikit energi (energi ionisasinya kecil).
Beberapa jenis electron akan terikat lebih kuat karena adanya efek pelindung oleh subkulit electron yang lain. Electron yang sudah berpasangan di dalam suatu orbital lebih kuat terikat oleh inti karena adanya pengaruh perlindungan electron dari pasangannya.
d) Affinitas electron
Affinitas electron adalah energi yang dilepaskan jika suatu atom dalam wujud gas menerima (menarik) electron membentuk ion negative. Besarnay affinitas electron suatu atom di pengaruhi oleh ukuran dan muatan inti. Harga affinitas electron suatu atom ditentukan secara tidak langsung, sebab ada beberapa atom yang mempunyai kecenderungan membentuk ion positif sehingga tidak mungkin di paksa untuk menjadi ion negatif tanpa melalui pembentukan ikatan dengna atom yang lebih elektropositf. Oleh karena itu, beberapa atom tidak diketahui harga affinitas elektronnya, misalnya gas mulia.
e) Keelektronegatifan
Keelektronegatifan suatu atom menunjukan kecenderungan suatu atom untuk menarik pasangan electron yang digunakan bersama dalam pembentukan ikatan dengan atom lain. Atom yang mempunyai kemempuan menarik pasangan electron lebih kuat daripada atom yang berkaitan dengannya diberi harga skala keelektronegatifan lebih besar. Terdapat beberapa criteria skala yang digunakan untuk menyatakan harga keelektronegatifan suatu unsur, misalnya skala Pauling atau skala Huggins, skala Mullikan, dan skala Sanderson.
f) Sifat magnetic
Sifat magnet suatu atom unsure berkaitan dengan struktur elktronnya, sesuai dengan aturan aufbau, larangan Pauli, dan aturan Hund. Electron di dalam orbital suatu atom ada yang berpasangan dan ada yang tidak berpasangan. Beberapa atom misalnya atom-atom gas mulia semua elektronnya berpasangan, tetapi beberapa atom yang lain tidak berpasangan. Akibat dari kedua keadaan tersebut berakibat pula pada interaksinya terhadap medan magnet. Atom-atom yang semua elektronnya telah berpasangan cenderung ditolak oleh medan magnet dan disebut sebagai atom diamagnetic, sedangkan atom-atom yang mempunyai electron tidak berpasangan akan tertarik oleh medan magnet dan disebut atom yang bersifat paramagnetic.
Adanya electron yang tidak berpasangan menimbulkan momen magnet yang diukur dalam satuan bohr-magneton (BM). Besarnya momen magnet dapat di perkirakan dengan rumus :
µ = Ön(n+2)
dengan, µ = momen magnet dalam bohr-magneton
n = jumlah electron tidak berpasangan
- Sifat kimia
a) Pola kereaktifan unsure dalam system periodic
Golongan IA dan IIA sangan reaktif disebabkan unsur-unsur tersebut mempunyai energi ionisasi rendah, sehingga mempunyai kecenderungan mudah membentuk ion positif (kation). Unsur-unsur golongan VIIA juga sangat reaktif karena affinitas elektronnya tinggi sehingga mempunyai kecenderungan untuk menarik electron dan menjadi electron negatif (anion).
Unsur-unsur blok s semakin besar nomor atomnya semakin reaktif, sebab energi ionisasinya semakin kecil; sedangkan unsur-unsur blok p (kecuali gas mulia) mempunyai kecenderungan semakin kebawah dalam satu golongan menjadi kurang reaktif. Beberapa unsur transisi (blok d) sangat stabil terutama unsure golongan IB (Cu, Ag, dan Au) dan beberapa unsur lainnya, misalnya Pt dan Hg.
b) Kelarutan senyawa dan pola kecenderungannya
Kelarutan suatu zat di dalam air dipengaruhi oleh beberapa factor, antara lain ukuran partikelnya (molekul atau ion), energi kisi kristalnya dan energi hidrasinya. Zat dengan ukuran partikel besar umumnya lebih sukar larut daripada zat-zat dengan ukuran pertikel yang lebih kecil, karena tampak pada kecenderungan kelarutan garam sulfatdari golongan alkali tanah yang semakin kecil dari Mg ke Ba. Energi kisi merupakan energi yang dilepas apabila ion-ion gas bergabung membentuk kristal ionic, sedangkan energi hidrasi adalah energi yang dilepas apabila ion-ion gas terlarut dalam air.
Struktur kristal suatu zat juga dapat berpengaruh terhadap kelarutan suatu zat. Struktur kristal adalah khas (unik) untuk suatu zat, sehingga apabila suatu zat yang segolongan mempunyai struktur kristal yang berbeda akan dapat menimbulkan penyimpangan pada pola kecenderungan kelarutannya.
c) Keperiodikan sifat asam dan basa
Kekuatan asam dan basa dapat diprediksi dari kekuatan ikatan antara proton (H+) dengan gugus atom pusat yang mengikatnya. Semakin kuat ikatan terhadap proton semakin lemah sifat suatu asam. Berdasarkan hal tersebut, untuk asam biner (HX) akan semakin kuat sifat asamnya bila jari-jari atom X semakin besar, sebab semakin besar jari-jari atomnya semakin lemah gaya tarik atom X terhadap atom H dan atom H akan mudah terlepas sebagai proton (H+). Berdasarkan hal tersebut dalam satu golongan asam binernya semakin kuat dengan naiknya nomor atom (makin ke bawah).
Untuk asam oksi (HOX), kekuatan asam ditentukan oleh keelektronegatifan X, sebab semakin elektronegatf ikatan O-X semakin kuat, sehingga ikatan H-O menjadi lemah dan mudah melepas proton (H+). Apabila X merupakan atom yang elektropositf maka yang akan terlepas adalah gugus OH- yang mengakibatkan bersifat basa. Berdasarkan hal tersebut maka sepanjang periode semakin ke kanan letak unsur asam oksinya akan semakin kuat.
d) Daya mempolarisasi dan terpolarisasi
Daya mempolarisasi kation ditentukan oleh perbandingan muatan kation terhadap jari-jari kation. Daya polarisasi ini kuat bila muatan ionnya besar, tetapi jari-jari kationnya kecil. Sebaliknya, ukuran dan muatan anion semakin besar akan semakin mudah anion tersebut mengalami polarisasi.
